基于振动台的抗滑桩支挡高陡边坡正弦波与EL波动力响应差异研究

作     者：鲍晶晶 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蒋关鲁

授予年度：2022年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：高陡边坡 抗滑桩 正弦波 EL波 动力响应差异 振动台试验 三维仿真 

摘      要：地震作用下边坡与支挡结构物动力响应的研究一直是热点话题,大多数学者采用较为简单的正弦波指导设计,而实际地震的波形是不规则的,频率成分复杂,在实际地震下工程响应的大小和规律可能与正弦波并不一致导致工程设计不当,故研究正弦波与实际地震波作用下支挡结构与边坡动力响应的差异是十分重要的。本文以四川省重点研发项目《高烈度地震区典型支挡结构震后服役状态评估方法研究》为依托,设计抗滑桩支挡高陡边坡振动台试验,结合三维仿真,着重分析正弦波与EL波作用下边坡与抗滑桩动力响应的差异及导致差异的原因。主要内容如下:1.正弦波频率单一为5Hz;EL波频段分布广,卓越频率主要位于0～10Hz。正弦波所含Arias强度约为EL波的4.60倍,能引起的结构最大位移约为EL波的5.60倍。2.由振动台模型试验对比分析正弦波与EL波工况下边坡与抗滑桩动力响应,可以发现两种地震波引起的响应空间分布规律基本一致,边坡上部1/3高度处响应较大,桩身在靠近滑面附近受力较大,这些区域是抗震设计重点关注区域。响应在数值上存在差距,EL波与正弦波所得坡体PGA放大系数比值随加速度提高逐渐趋近于1。正弦波会引起更大的坡体变形与桩身受力,两者桩顶水平残余位移差值在0.60g时达到0.29mm;桩身微应变在0.60g时差值最大为35.680e-6;桩身前、后土压力在0.50g时达到最大差值分别为3.242kPa、2.268k Pa。3.通过频域分析揭示正弦波与EL波产生的响应数值存在差异的原因是二者所蕴含的频率与能量不同。正弦波工况下测点土压力第1频带重构信号较为接近原始信号,EL波工况下则是第1频带占据主要作用,第2频带其次。正弦波第1频带重构分量土压力最大值约为EL波第1频带土压力最大值的1.5倍。4.利用FLAC3D三维仿真软件计算实际边坡,结果显示,在0.40g正弦波与EL波作用下坡体水平震后残余位移差值达到0.97m。EL波与正弦波作用下坡体PGA放大系数响应比值基本保持在1附近。正弦波引起更大的桩身响应,在0.40g时水平位移、剪力、弯矩的差值最大分别达到了52.24mm、13.42MN、48.38MN×m。5.正弦波与EL波因自身特性不同,所引起的响应差异较大,对于边坡与支挡结构物的抗震研究,应多采用实测天然地震波进行研究。